Hubble suit les rafales radio rapides jusqu’aux bras spiraux des Galaxies

Les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont retracé les emplacements de cinq brèves et puissantes explosions radio jusqu’aux bras en spirale de cinq galaxies lointaines.

Appelés sursauts radio rapides (FRB), ces événements extraordinaires génèrent autant d’énergie en un millième de seconde que le Soleil en un an. Parce que ces impulsions radio transitoires disparaissent en beaucoup moins qu’un clin d’œil, les chercheurs ont eu du mal à trouver d’où elles viennent, et encore moins à déterminer quel type d’objet ou d’objets les provoque. Par conséquent, la plupart du temps, les astronomes ne savent pas exactement où chercher.

Il est important de localiser d’où viennent ces explosions, et en particulier de quelles galaxies elles proviennent, pour déterminer quels types d’événements astronomiques déclenchent des éclairs d’énergie aussi intenses. La nouvelle enquête Hubble auprès de huit FRB aide les chercheurs à affiner la liste des sources de FRB possibles.

Flash dans la nuit

Le premier FRB a été découvert dans des données archivées enregistrées par l’observatoire radio de Parkes le 24 juillet 2001. Depuis lors, les astronomes ont découvert jusqu’à 1000 FRB, mais ils n’ont pu en associer qu’une quinzaine à des galaxies particulières.

«Nos résultats sont nouveaux et passionnants. Il s’agit de la première vue haute résolution d’une population de FRB, et Hubble révèle que cinq d’entre eux sont localisés à proximité ou sur les bras spiraux d’une galaxie », a déclaré Alexandra Mannings de l’Université de Californie à Santa Cruz, auteur principal de l’étude. «La plupart des galaxies sont des étoiles massives, relativement jeunes et encore en formation. L’imagerie nous permet d’avoir une meilleure idée des propriétés globales de l’hôte-galaxie, telles que sa masse et sa vitesse de formation d’étoiles, ainsi que de sonder ce qui se passe juste à la position FRB car Hubble a une si grande résolution.

Dans l’étude de Hubble, les astronomes les ont non seulement tous épinglés sur des galaxies hôtes, mais ils ont également identifié les types d’endroits d’où ils provenaient. Hubble a observé l’un des sites FRB en 2017 et les sept autres en 2019 et 2020.

«Nous ne savons pas ce qui cause les FRB, il est donc très important d’utiliser le contexte lorsque nous l’avons», a déclaré Wen-fai Fong, membre de l’équipe de la Northwestern University à Evanston, dans l’Illinois. «Cette technique a très bien fonctionné pour identifier les progéniteurs d’autres types de transitoires, tels que les supernovae et les sursauts gamma. Hubble a également joué un rôle important dans ces études.

Les galaxies de l’étude Hubble existaient il y a des milliards d’années. Les astronomes voient donc les galaxies telles qu’elles sont apparues lorsque l’univers avait environ la moitié de son âge actuel.

Beaucoup d’entre eux sont aussi massifs que notre Voie lactée. Les observations ont été faites en lumière ultraviolette et proche infrarouge avec la caméra grand champ 3 de Hubble.

La lumière ultraviolette trace la lueur des jeunes étoiles enfilées le long des bras sinueux d’une galaxie spirale. Les chercheurs ont utilisé les images dans le proche infrarouge pour calculer la masse des galaxies et trouver où résident les anciennes populations d’étoiles.

Emplacement, emplacement, emplacement

Les images affichent une diversité de structures de bras en spirale, de étroitement enroulées à plus diffuses, révélant la répartition des étoiles le long de ces caractéristiques proéminentes. Les bras spiraux d’une galaxie retracent la distribution de jeunes étoiles massives. Cependant, les images de Hubble révèlent que les FRB trouvés près des bras en spirale ne proviennent pas des régions les plus lumineuses, qui brillent avec la lumière des étoiles lourdes. Les images aident à soutenir une image que les FRB ne proviennent probablement pas des étoiles les plus jeunes et les plus massives.

Ces indices ont aidé les chercheurs à écarter certains des déclencheurs possibles de types de ces éruptions brillantes, y compris la mort explosive des étoiles les plus jeunes et les plus massives, qui génèrent des sursauts gamma et certains types de supernovae. Une autre source improbable est la fusion d’étoiles à neutrons, les noyaux d’étoiles écrasés qui mettent fin à leur vie dans des explosions de supernova. Ces fusions mettent des milliards d’années à se produire et se trouvent généralement loin des bras en spirale des galaxies plus anciennes qui ne forment plus d’étoiles.

Monstres magnétiques

Les résultats Hubble de l’équipe, cependant, sont cohérents avec le modèle principal selon lequel les FRB proviennent de jeunes explosions de magnétar. Les magnétars sont un type d’étoile à neutrons avec de puissants champs magnétiques. On les appelle les aimants les plus puissants de l’univers, possédant un champ magnétique 10 trillions de fois plus puissant qu’un aimant de porte de réfrigérateur. L’année dernière, les astronomes ont lié les observations d’un FRB repéré dans notre galaxie de la Voie lactée avec une région où réside un magnétar connu.

Les sursauts radio rapides, ou FRB, sont des événements extraordinaires qui génèrent autant d’énergie en un millième de seconde que le Soleil en une année entière! Les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont retracé les emplacements de cinq FRB brefs et puissants, qui sont à proximité ou sur les bras spiraux de leurs galaxies hôtes. La recherche a aidé à exclure certains des objets stellaires possibles à l’origine censés causer ces éruptions brillantes. Crédits: Goddard Space Flight Center de la NASA

«En raison de leurs champs magnétiques puissants, les magnétars sont assez imprévisibles», a expliqué Fong. «Dans ce cas, on pense que les FRB proviennent de fusées éclairantes d’un jeune magnétar. Les étoiles massives passent par une évolution stellaire et deviennent des étoiles à neutrons, dont certaines peuvent être fortement magnétisées, ce qui entraîne des éruptions et des processus magnétiques sur leurs surfaces, qui peuvent émettre de la lumière radio. Notre étude cadre avec cette image et exclut les progéniteurs très jeunes ou très vieux pour les FRB. »

Les observations ont également aidé les chercheurs à renforcer l’association des FRB avec des galaxies massives formant des étoiles. Les précédentes observations au sol de certaines galaxies hôtes possibles de FRB n’ont pas détecté aussi clairement la structure sous-jacente, comme les bras en spirale, dans beaucoup d’entre elles. Les astronomes, par conséquent, ne pouvaient pas exclure la possibilité que les FRB proviennent d’une galaxie naine se cachant sous une galaxie massive. Dans la nouvelle étude Hubble, un traitement d’image minutieux et une analyse des images ont permis aux chercheurs d’exclure les galaxies naines sous-jacentes, selon le co-auteur Sunil Simha de l’Université de Californie à Santa Cruz.

Bien que les résultats de Hubble soient passionnants, les chercheurs disent qu’ils ont besoin de plus d’observations pour développer une image plus définitive de ces éclairs énigmatiques et mieux identifier leur source. «C’est un domaine tellement nouveau et passionnant», a déclaré Fong. «Trouver ces événements localisés est une pièce majeure du puzzle, et une pièce de puzzle très unique par rapport à ce qui a été fait auparavant. C’est une contribution unique de Hubble. »

Les résultats de l’équipe apparaîtront dans un prochain numéro de Le journal astrophysique.

La source: NASA